Es ist bekannt, zur Reinigung eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine in dem Abgaskanal Katalysatoren, insbesondere sogenannte 3-Wege-Katalysatoren, anzuordnen. Während eines Verbrennungsvorgangs eines Luft-Kraftstoff-Gemisches entstehen in wechselnden Anteilen Schadstoffe wie Rußpartikel, Stickoxide NOx, Kohlenmonoxid CO und unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe HC.

Reduktionsmittel, also CO, HC und H2, werden an den Katalysatoren mit Sauerstoff und/oder Stickoxiden zu Wasser und Kohlendioxid oxidiert. Oxidationsmittel wie NOx werden dagegen an den Katalysatoren mit Hilfe der Reduktionsmittel zu Stickstoff reduziert.

Ferner ist bekannt, einem solchen Katalysatorsystem Sensoren zuzuordnen, die beispielsweise einen Anteil einer Gaskomponente am Abgas (Lambdasonden, NOx-Sen- soren) oder eine Temperatur (Temperatursensoren) erfassen. Funktionsweise und Lage derartiger Sensoren in dem Katalysatorsystem sind bekannt.

In einem dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verschlechtert sich mit fortschreitender Betriebsdauer eine Konvertierungsrate für die Schadstoffe infolge reversibler und irreversibler Schädigungen der Katalysatoren. Es ist daher bekannt, mit Hilfe der Sensoren einen Schädigungsgrad des Katalysatorsystems zu erfassen, indem beispielsweise eine NOX-Emission stromab des Katalysatorsystems mit einer NOx- Emission stromauf des Katalysatorsystems verglichen wird. Zur Behebung von reversiblen Schädigungen werden dann üblicherweise Gegenmaßnahmen eingeleitet, wie eine Regeneration des Katalysators in reduktiver Atmosphäre. Überschreiten die irreversiblen Schädigungen einen vorgebbaren Schwellenwert, so müssen ge- gebenenfalls aufwendige Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist es, daß in dem dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in Beschleunigungsphasen, die zugrunde liegenden Größen für eine Zustandserfassung des Katalysatorsystems stark schwanken.

So ist bei einer hohen Leistungsanforderung an die Verbrennungskraftmaschine auch gleichzeitig die NOx-Emission erhöht. Nachfolgend können dann kurzfristig die Schwel- lenwerte für den Schädigungsgrad des Katalysatorsystems überschritten werden, ohne daß jedoch tatsächlich eine derartig gravierende Schädigung vorliegt. Infolge dieser Fehldiagnose können dann unter Umständen unnötige Regenerations-oder Wartungs- maßnahmen eingeleitet werden.

Aufgabe des vorliegenden Verfahrens ist es, die Zustandserfassung des Katalysatorsystems unabhängig von dem dynamischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (Fahrzyklus) zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren zur Zustandserfassung des Katalysatorsystems mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß (a) wenigstens ein Betriebsparameter des Katalysatorsystems über einen vorgebbaren Zeitraum erfaßt wird, (b) eine Gesamtenergieabgabe der Verbrennungskraftmaschine in dem vorgebbaren Zeitraum ermittelt wird und (c) anhand eines Verhältnisses des wenigstens einen Betriebsparameters zu der Gesamtenergieabgabe eine Kennzahl k berechnet wird, ist es vorteilhaft möglich, das dynamische Verhalten der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der Schadstoffemission zu berücksichtigen.

Vorteilhafterweise wird, um statistische Ausreißer zu kompensieren, eine mittlere Kennzahl aus einer vorgebbaren Anzahl von Kennzahlen gebildet. In Abhängigkeit von der Kennzahl oder der mittleren Kennzahl kann, beispielsweise nach dem Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes, ein Wartungssignal erzeugt werden.

Die Gesamtenergieabgabe der Verbrennungskraftmaschine kann in bekannter Weise durch geeignete Sensoren erfaßt werden und in einem Motorsteuergerät als Meßsignal bereitgestellt werden. In gleicher Weise ist es jedoch auch möglich, leistungsäquivalente Größen, insbesondere eine kumulierte Luftmenge, zu erfassen. Es hat sich gezeigt, daß mit einer Änderung der Gesamtenergieabgabe eine proportionale Änderung ausge- wähiter Betriebsparameter des Katalysatorsystems einhergeht.

Als Betriebsparameter des Katalysatorsystems eignen sich insbesondere eine Katalysatortemperatur und eine HC-, CO-, 02-oder NOx-Masse im Abgas. Diese Be- triebsparameter können in bekannter Weise als HC-, CO-, 02-oder NOx- Konzentrationen über die in dem Katalysatorsystem angeordneten Sensoren (Lambda- sonden, NOx-Sensoren) erfaßt und mit Hilfe berechneter oder gemessener Votumenströme ermittelt werden. Dabei genügt es beispielsweise, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die NOx-Masse mittels eines stromab des Katalysators angeordneten NOx-Sensors zu ermitteln.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Zustandserfassung innerhalb einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Zusätzlich kann die Zustandserfassung noch davon abhängig gemacht werden, ob sich ein Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine in einem vorgebbaren Lambdabereich befindet oder ob die Katalysatortemperatur in einem vorgebbaren Temperaturbereich liegt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Katalysatorsystems in einem Abgaskanal einer Verbrennungskraft- maschine und Figur 2 ein Flußdiagramm zur Zustandserfassung des Katalysatorsystems nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 10 eines Katalysatorsystems 12 in einem Abgaskanal 14 einer Verbrennungskraftmaschine 16, insbesondere eines A-regelbaren Otto-DI-Motors. Das Katalysatorsystem 12 umfaßt zumindest einen Katalysator 18, insbesondere einen 3-Wege-Katalysator, der von einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 16 durchströmt wird. Weiterhin können dem Katalysatorsystem 12 Sensoren zugeordnet werden, die eine Erfassung von Betriebsparametern des Katalysatorsystems 12 ermöglichen. Beispielsweise kann über die Temperatursensoren 24,25 eine Abgastemperatur oder auch eine Katalysatortempe- ratur bestimmt werden. Daneben ist es möglich, einen Antei ! ausgewähtter Gas- komponenten am Abgas über Gassensoren zu bestimmen. So können beispielsweise Lambdasonden 20,21 oder NOx-Sensoren 22,23 stromauf beziehungsweise stromab des Katalysators 18 in dem Abgaskanal 14 angeordnet sein. Die Sensoren liefern Meßdaten, die von einem Motorsteuergerät 26 erfaßt und ausgewertet werden können.

Der Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine 16 äßt sich anhand eines Lambdawertes charakterisieren. So ist in einem Magerbetrieb X > 1 und in einem Fettbetrieb X < 1.

Während eines Verbrennungsvorgangs eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskraftmaschine 16 entstehen in wechselnden Anteilen Schadstoffe, die in dem Katalysator 18 in einer Konvertierungsreaktion umgesetzt werden. So wird beispielsweise NOX reduziert und CO und HC oxidiert. In welchem Umfang die Konvertierungsreaktion in dem Katalysator 18 abläuft, läßt sich anhand einer Konvertierungsrate ablesen. Diese kann beispielsweise durch einen Vergleich eines NOx-Anteils stromauf und stromab des Katalysators 18 ermittelt werden (mittels der NOx-Sensoren 22,23). In gleicher Weise kann auch der stromauf und stromab durch die Lambdasonden 20,21 erfaßte Lambdawert des Abgases genutzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht jedoch auch eine Diagnose des Katalysators 18 mit nur einem stromab des Katalysators 18 angeordneten NOx-Sensors 23.

Ist die Konvertierungsrate des Katalysators 18 niedrig, so kann eine reversible oder irreversible Schädigung vorliegen. Als reversible Schädigung kommen beispielsweise in Frage eine Schwefelvergiftung, eine Rußbelegung oder eine Oxidation der Katalysator- komponenten. Gegebenenfalls können geeignete Regenerationsmaßnahmen die reversible Schädigung beheben.

Demgegenüber führen irreversible Schädigungen, beispielsweise durch korrosive Prozesse, zu einer dauerhaften Minderung der Konvertierungsrate und müssen daher ab einem gewissen Ausmaß durch Wartungsmaßnahmen behoben werden.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zum einen die Betriebsparameter des Katalysatorsystems 12 mittels der Sensoren erfaßt und/oder über geeignete Modelle in bekannter Weise berechnet. Daneben werden ausgewähite Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 16 ebenfalls in bekannter Weise ermittelt. So wird eine Gesamtenergieabgabe der Verbrennungskraftmaschine 16 über einen vorgebbaren Zeitraum erfaßt. Da sich ein Verhältnis der Gesamtenergieabgabe zu dem wenigstens einen Betriebsparameter des Katalysatorsystems 12 proportional verhält, kann durch eine Berechnung einer dieses Verhältnis spiegelnden Kennzahl k eine leistungsunabhängige Zustandserfassung des Katalysators 18 erfolgen.

Die Figur 2 zeigt ein Flußdiagramm zur Zustandserfassung des Katalysatorsystems 12 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer beispielhaften Ausführung. Zunächst wird in einem Schritt S1 ermittelt, ob sich die Verbrennungskraftmaschine 16 gerade in einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs befindet, denn es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Zustandserfassung in einer solchen Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine 16 durchzuführen. Liegt keine Beschleunigungsphase vor, so erfolgt in einem Schritt S2 ein Abbruch, dem dann erneut der Schritt S1 folgen kann.

Befindet sich das Fahrzeug in einer Beschleunigungsphase, so wird in einem Schritt S3 anschließend ermittelt, ob die Katalysatortemperatur in einem vorgebbaren Temperaturbereich liegt. Ferner muß ein Lambdawert des Abgases in einem vorgebbaren Lambdabereich liegen (Schritt S4). Liegen die genannten Bedingungen vor, so wird in einem Schritt S5 der Zeitraum der Zustandserfassung festgelegt und gege- benenfalls auch eine Anzahl n der Zustandserfassungen vorgegeben. Wie bereits erläutert, erfolgt in einem Schritt S6 die Erfassung der Betriebsparameter des Katalysatorsystems 12 mit Hilfe der vorhandenen Sensoren. Hierzu eignen sich insbesondere die Katalysatortemperatur und eine HC-, CO-, 02-oder NOx-Masse im Abgas. Ferner erfolgt eine Messung der Gesamtenergieabgabe der Verbrennungs- kraftmaschine 16 über den vorgegebenen Zeitraum, direkt oder alternativ anhand einer leistungsäquivalenten Größe, wie einer kumulierten Luftmenge.

Ein Verhältnis der Gesamtenergieabgabe und des wenigstens einen Betriebsparameters des Katalysatorsystems 12 wird in einem Schritt S7 zur Berechnung einer Kennzahl k herangezogen.

In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zur Kompensation von statistischen Ausreißern die Ermittlung der Kennzahl n-mal wiederholt (Schritt S8) und in einem Schritt S9 wird eine mittlere Kennzahl km als Mittelwert der n-zähligen Kennzahlen k gebildet.

Anschließend wird in einem Schritt S10 die mittlere Kennzahl km mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen. Überschreitet die mittlere Kennzahl km den Schwellenwert, so kann nachfolgend in einem Schritt S11 ein Wartungssignal erzeugt werden, das bei- spielsweise für eine On-Board-Diagnose genutzt werden kann.